Draper DA6/200 Uživatelský manuál

Entwicklung eines Donor/Akzeptor-Konzeptes für die asymmetrische Synthese unsymmetrischer Benzoine mit Hilfe ThDP-abhängiger Enzyme Dissertation

86 3. Spezieller Teil OHOHCl+OOH ClOOHOOH ClClOOHCl22 2D22A2Es liegt keine sterische Hinderung des Donors 22 wohl aber des Akzeptors 2 vor. Deshalb

3. Spezieller Teil 873,4-Methylendioxybenzaldehyd (29), 3,5-Dimethoxybenzaldehyd (30) und 3,4,5-Trimethoxy-benzaldehyd (31) nicht umgesetzt. Bei

88 3. Spezieller Teil

4. Zusammenfassung und Diskussion 894. Zusammenfassung und Diskussion In der vorliegenden Arbeit wird die Entwicklung eines Konzeptes beschrieben, mit

90 4. Zusammenfassung und Diskussion Zahlreiche unsymmetrische (R)-Benzoine konnten hochselektiv bezüglich Konstitution und Enantiomerenrein

4. Zusammenfassung und Diskussion 91Ein Zugang zu den (S)-konfigurierten unsymmetrischen Benzoinen konnte durch kinetische Racematspaltung der ra

92 4. Zusammenfassung und Diskussion OHClOOH ClH3COOCH3OOH ClClBAL-katalysierte Reaktion+ 3,5-Dimethoxy-benzaldehydBAL-katalysierte Reaktion+ 2-Chl

4. Zusammenfassung und Diskussion 93dabei dadurch erfolgen, dass die energetisch weniger stabilen Benzoine wieder in die Benzaldehyd-Deriva

94 4. Zusammenfassung und Diskussion Bei den Cyanid-katalysierten Reaktion, bei denen neben einem unsymmetrischen beide sym-metrischen Kupplungspr

4. Zusammenfassung und Diskussion 95ob der Anteil einer bestimmten Verbindung am Produktgemsich stetig steigt oder aber ein Maximum durchlä

Inhaltsverzeichnis 1. Einleitung...

96 4. Zusammenfassung und Diskussion unsymmetrischen Benzoinen (siehe Kapitel 3.2.1, Seite 26-27). Zur Durchführung und Quantifizierung vo

5. Ausblick 975. Ausblick Die erarbeiteten Ergebnisse betrachtend, bieten sich verschiedene Aspekte für weitere Untersuchungen an. Nahelieg

98 5. Ausblick OHOR1R2OHOHR1R2OHOHR1R2OHR1R2OHR1R2NH2NH2OOHR1R2NHR1R2R3OHOOR3R4R2R1 Abb. 5-2: Eine große Vielfalt von Syntheseschritten ermöglicht

5. Ausblick 99 R1OHR2OH+selektiver selektiver Donor AkzeptorR1R2OR1R2OHchemoselektiveStetter-ReaktionR1R2chemoselek

100 5. Ausblick

6. Experimenteller Teil 1016. Experimenteller Teil 6.1 Allgemeines Material und Methoden NMR-Spektroskopie 1H-NMR-Spektren wurden bei 20°C und mi

102 6. Experimenteller Teil Benzoinen in anderen Lösungsmitteln aufgenommen wurden, zeigen ein weiteres Absorptionsmaximum knapp unter 200

6. Experimenteller Teil 103> 95 % ee: gerundet auf nächste 0.5. Bei den angegeben Enantiomerenüberschüssen handelt es sich um die minimalen Werte.

104 6. Experimenteller Teil Essigsäure (100 mL) und konzentrierter Schwefelsäure (2.0 mL) und anschließendes Erhitzen notwendig. Präparative Trennu

6. Experimenteller Teil 105 Verzeichnis der Allgemeinen Arbeitsvorschriften (AAV) AAV I: BFD H281A-katalysierte Synthese von unsymmetrischen (R)-

6.2.5 Enzymatische Synthese von unsymmetrischen (S)-Benzoinen durch Racematspaltung...

106 6. Experimenteller Teil BFD: 6.4 U mg-1 (Decarboxylase-Aktivität: 320 U mg-1) BFD L476Q: 32.4 U mg-1 BFD M365L-L461S: 0.

6. Experimenteller Teil 107Immobilisierte Metallionen-Affinitätschromatographie (IMAC) Der IMAC liegt das Prinzip zugrunde, dass bestimmte Ami

108 6. Experimenteller Teil gelagert. Die Lagerung kann über mehrere Monate ohne Aktivitätsverlust des Enzyms erfolgen. Enzymaktivität un

6. Experimenteller Teil 109werden, wurde eine Aktivität von 25.6 U mg-1 Lyophylisat gemessen. Bei einem Proteingehalt des Lyophylisats von

110 6. Experimenteller Teil Tabellen) werden die Eppendorf-Gefäße vorsichtig vertikal gedreht, um die Reaktionslösung zu homogenisieren. Anschlie

6. Experimenteller Teil 111und das Rohprodukt durch Entfernen des Lösungsmittels unter vermindertem Druck erhalten. Reinigung des Rohproduktes erfo

112 6. Experimenteller Teil Elementar-Analyse: ber. (%) für C14H11ClO2: C 68.16, H 4.49; gef.: C 68.02, H 4.48. OClOH C14H11ClO2, FW: 246.69 g mol

6. Experimenteller Teil 113GC-MS: Rt(Benzoin) = 13.67 min (29 %), Rt(Benzil) = 13.72 min (71 %), EI-MS (70 eV): m/z (%) 338 (<1) [M+], 233 (37),

114 6. Experimenteller Teil GC-MS: Rt(Benzil) = 13.93 min (37 %), Rt(Benzoin) = 13.96 min (63 %), EI-MS (70 eV): m/z (%) 271 (<1) [M+], 143 (13

6. Experimenteller Teil 115GC-MS: Rt(Benzil) = 13.99 min (> 99 %), EI-MS (70 eV): m/z (%) 326 (1) [M+ (Benzil)], 324 (2) [M+ (Benzil)], 322 (1) [M

Abkürzungsverzeichnis abs. absolutiert ALS Acetolactat-synthase Ar Arylrest BAL Benzaldehyd-lyase; Wildtyp-Enzym BFD Benzoylformiat-d

116 6. Experimenteller Teil CD(CH3CN): λ [nm] (∆ε)= 211 (-2.1), 217 (-3.9), 228 (3.2), 248 (-11.8), 280 (1.7), 315 (-1.8); ee 93 %. UV/VIS (CH3CN)

6. Experimenteller Teil 11713C-NMR (CDCl3): δ = 196.9q, 152.9q, 148.5q, 137.3q, 133.7q, 130.5, 130.2, 129.3, 127.92, 127.86q, 125.9, 108.6,

118 6. Experimenteller Teil UV/VIS (CH3CN): λmax [nm] (Abs. [%]) = < 200 (> 0.42), 212 (0.32), 271 (0.24). GC-MS: Rt(Benzoin) = 14.69 min (

6. Experimenteller Teil 119CD(CH3CN): λ [nm] (∆ε) = 209 (3.2), 230 (-3.9), 244 (1.2), 287 (-10.8), 332 (0.4), 352 (-03). UV/VIS (CH3CN): λmax [nm]

120 6. Experimenteller Teil 13C-NMR (CDCl3): δ = 198.7q, 161.0q, 141.9q, 140.5, 134.9q, 130.6, 129.6, 128.6, 107.4, 106.7, 101.0q, 80.5, 56.0. CD

6. Experimenteller Teil 12113C-NMR (CDCl3): δ = 196.9q, 161.1 (Dd, J = 250.3 Hz, J = 7.6 Hz)q, 161.0q, 134.8q, 131.0 (t, J = 10.6 Hz), 11

122 6. Experimenteller Teil 1H-NMR (CDCl3): δ = 7.79 (d, J = 8.6 Hz, 2H), 7.62 (d, J = 8.6 Hz, 2H), 6.86-6.90 (m, 1H), 6.68-6.72 (m, 1H), 6.20 (s,

6. Experimenteller Teil 1231H-NMR (CDCl3): δ = 7.72 (d, J = 8.7 Hz, 2H), 7.61 (d, J = 8.7 Hz, 2H), 6.15 (s, 1H), 4.67 (s, br., 1H). 13C-NMR (CDCl3):

124 6. Experimenteller Teil 1H-NMR (CDCl3): δ = 7.36-7.44 (m, 2H), 6.83 (d, J = 8.0 Hz, 1H), 6.10 (d, J = 5.5 Hz, 1H), 6.07 (s, 2H), 4.77 (d, J =

6. Experimenteller Teil 1251H-NMR (CDCl3): δ = 7.61 (d, J = 8.4 Hz, 2H), 7.46 (d, J = 8.4 Hz, 2H), 6.98 (d, J = 2.3 Hz, 2H), 6.63 (t,

LDA Lithiumdiisopropylamid M Molare Masse MS Massenspektrometrie m/z Masse/Ladungs-Verhältnis NADP Nicotinamidadenindinucleotidphosph

126 6. Experimenteller Teil Diese Synthese dient weniger der Darstellung der Verbindungen D15A1 und D1A15 als vielmehr der Untersuchung

6. Experimenteller Teil 12713C-NMR (CDCl3): δ = 199.0q, 160.3q, 140.6q, 134.2, 133.6q, 130.4, 129.4, 128.9, 120.4, 114.4, 113.4, 76.3, 55.5. GC-MS:

128 6. Experimenteller Teil (R)-2-Hydroxy-1-(4-methoxy-phenyl)-2-phenyl-ethanon [D21A1]. 1H-NMR (CDCl3): δ = 7.92 (d, J = 9.0 Hz, 2H), 7.25-7.37 (

6. Experimenteller Teil 129HPLC: (Chiralcel OD-H, Isohexan/2-Propanol 98:2, 0.5 mL min-1, 40°C) (R) 98.03 min. OOHOCH3 C15H14O3; FW: 242.27 g mol

130 6. Experimenteller Teil GC-MS: Rt(Benzoin) = 15.40 min (> 99 %), EI-MS (70 eV): m/z (%) 352 (5) [M+], 350 (6) [M+ und M+-2], 348 (2) [M+-2]

6. Experimenteller Teil 131OOHH3COOCH3Br C16H15BrO4; FW: 351.19 g mol-1 6.2.4 Enzymatische Synthese von symmetrischen (R)-Benzoinen im präparat

132 6. Experimenteller Teil 13C-NMR (CDCl3): δ = 199.1q, 139.2q, 134.0, 133.7q, 129.29, 129.26, 128.8, 128.7, 127.9, 76.4. CD (CH3CN): λ [nm] (∆ε

6. Experimenteller Teil 133UV/VIS (CH3CN) : λmax [nm] (Abs. [%]) = < 200 (> 0.36), 208 (0.29), 272 (0.19); c = 1.0⋅10-5 mol L-1. GC-M

134 6. Experimenteller Teil GC-MS: Rt(Benzoin) = 14.07 min (87 %), Rt(Benzil) = 14.46 min (13 %), EI-MS (70 eV): m/z (%) 291 (5) [C14H10BrO2+], 28

6. Experimenteller Teil 135UV/VIS (CH3CN): λmax [nm] (Abs. [%]) = < 200 (> 2.54), 237 (0.96); c = 11.5⋅10-5 mol L-1. GC-MS: Rt(Benzoin

1. Einleitung 11. Einleitung Obwohl zahlreiche Publikationen der letzten Jahre den Eindruck entstehen lassen, einzig die Enantioselektivität sei ein G

136 6. Experimenteller Teil 111.1 (dt, J = 24.3 Hz, J = 1.5 Hz), 106.8 (dd, J = 27.3 Hz, J = 20.8 Hz), 73.6 (d, J = 8.0 Hz). GC-MS: Rt(Benzi

6. Experimenteller Teil 1371H-NMR (CDCl3): δ = 7.46-7.51 (m, 2H), 7.22-7.34 (m, 2H), 7.07 (d, 3J = 8.4, 1H), 6.94 (d, J = 6.9 Hz, 1H), 6.86 (t, J = 2

138 6. Experimenteller Teil 13C-NMR (CDCl3): δ = 197.6q, 163.3 (D, J = 248 Hz)q, 162.9 (D, J = 249 Hz)q, 141.0 (d, J = 7 Hz)q, 135.5 (d, J = 6 Hz)

6. Experimenteller Teil 1391H-NMR (CDCl3): δ = 8.19 (s, 1H), 8.10 (d, J = 7.9 Hz, 1H), 7.86 (d, J = 6.5 Hz, 1H), 7.61 (t, J = 7.5 Hz, 3H), 7.50 (t, J

140 6. Experimenteller Teil CD (CH3CN): λ [nm] (∆ε) = 206 (8.7), 210 (8.1), 218 (7.9), 230 (-23.4), 246 (6.2), 264 (2.1), 272 (3.5), 290 (-9.4), 3

6. Experimenteller Teil 141CD (CH3CN): λ [nm] (∆ε) = 206 (8.7), 210 (10.2), 224 (-9.6), 240 (5.7), 260 (-3.5), 280 (3.1), 318 (-1.4). UV/VIS (CH3CN):

142 6. Experimenteller Teil GC-MS: Rt(Benzil) = 10.93 min (8 %), Rt(Benzoin) = 11.26 min ( 92 %), EI-MS (70 eV): m/z (%) 346 (<1) [M+-2], 175 (

6. Experimenteller Teil 143OOHOOOO C16H12O6, FW: 300.26 g mol-1 (R)-1,2-Bis-(3,5-dimethoxy-phenyl)-2-hydroxy-ethanon [DA30]. 3,5-Dimethoxy-benzalde

144 6. Experimenteller Teil OOHOCH3OCH3H3COOCH3 C18H20O6, FW: 332.35 g mol-1 6.2.5 Enzymatische Synthese von unsymmetrischen (S)-Benzoinen durch R

6. Experimenteller Teil 145CD (CH3CN): λ [nm] (∆ε) = 202 (-3.5), 219 (4.7), 230 (-5.3), 259 (13.8), 285 (-0.9), 323 (0.9). HPLC: (Chiralcel OD-H,

1. Einleitung 2 Das Ziel dieser Arbeit ist es, ein Konzept zu entwickeln, mit dessen Hilfe sich eine direkte Kreuzkupplungsreaktion so durchführ

146 6. Experimenteller Teil CD (CH3CN): λ [nm] (∆ε) = 230 (-4.6), 265 (8.4), 300 (0.0), 337 (1.4). HPLC: (Chiralcel OD-H, Isohexan/2-Propanol

6. Experimenteller Teil 147(R)-1-(3,5-Dimethoxy-phenyl)-2-hydroxy-propan-1-one [42]. Die Verbindung wird als Nebenprodukt bei der Synthese von (S

148 6. Experimenteller Teil Zersetzung durch die Chromatographie so nicht verhindert werden kann, wird das Rohprodukt ohne weitere Reinigung weiter

6. Experimenteller Teil 149HCNOSiCl C11H14ClNOSi, FW: 239.77 g mol-1 (3-Methoxy-phenyl)-trimethylsilanyloxy-acetonitril [15a]. 3-Methoxy-benzaldehy

150 6. Experimenteller Teil 1H-NMR (CDCl3): δ = 7.79 (s, 1H), 7.72 (t, J = 7.8 Hz, 2H), 7.57 (t, J = 7.8 Hz, 1H), 5.54 (s, 1H), 0.29 (s, 9H). 13C-

6. Experimenteller Teil 151(4-Brom-phenyl)-trimethylsilanyloxy-acetonitril [22a]. 4-Brom-benzaldehyd (22, 18.90 mmol, 3.50 g) wird mit Trimet

152 6. Experimenteller Teil GC-MS: Rt = 8.92 min, EI-MS (70 eV): m/z (%) 273 (5) [M+], 258 (100), 184 (5), 173 (10), 155 (12), 145 (6), 134 (11),

6. Experimenteller Teil 153 (3,5-Dimethoxy-phenyl)-trimethylsilanyloxy-acetonitril [30a]. 3,5-Dimethoxy-benzaldehyd (30, 21.04 mmol, 3.50 g) wird mi

154 6. Experimenteller Teil GC-MS: Rt = 12.15 min, EI-MS (70 eV): m/z (%): 295 (100) [M+], 280 (36), 269 (6), 206 (90), 196 (13), 181 (15), 165 (4

6. Experimenteller Teil 155 Synthese trimethylsilyl-geschützter, gemischter, racemischer Benzoine AAV V: Bei einer Temperatur von -78°C wird z

2. Grundlagen 32. Grundlagen 2.1 Historische Einführung 50 Jahre nachdem F. Wöhler und J. Liebig erstmalig die Synthese von Benzoin beschrieben,[5] wu

156 6. Experimenteller Teil GC-MS: Rt = 12.85 min, EI-MS (70 eV): m/z (%): 318 (<1) [M+], 305 (4), 303 (10), 215 (43), 213 (100), 165 (11), 105

6. Experimenteller Teil 157OOSiCl C17H19ClO2Si, FW: 318.87 g mol-1 2-(2-Iod-phenyl)-1-phenyl-2-trimethylsilanyloxy-ethanon [rac-D1A6b]. Der AAV V f

158 6. Experimenteller Teil 2-(2-Chlor-phenyl)-1-(3-cyan-phenyl)-2-trimethylsilanyloxy-ethanon [rac-D18A2b]. Der AAV V folgend werden (3-Cyan-

6. Experimenteller Teil 1591H-NMR (CDCl3): δ = 7.84 (d, J = 8.4 Hz, 2H), 7.54 (d, J = 8.4 Hz, 2H), 7.44-7.48 (m, 1H), 7.36-7.39 (m, 1H), 7.23-7.26 (m

160 6. Experimenteller Teil OO ClSiF3C C18H18ClF3O2Si; FW: 386.87 g mol-1 2-(2-Chlor-phenyl)-1-(3,4-methylendioxy-phenyl)-2-trimethylsilanyloxy-et

6. Experimenteller Teil 1612-(2-Chlor-phenyl)-1-(3,5-dimethoxy-phenyl)-2-trimethylsilanyloxy-ethanon [rac-D30A2b]. Der AAV V folgend werden (3,5-

162 6. Experimenteller Teil OO ClSiOCH3H3COH3CO C20H25ClO5Si; FW: 408.95 g mol-1 1-(3,5-Dimethoxy-phenyl)-2-(2-iod-phenyl)-2-trimethylsilanyloxy-e

6. Experimenteller Teil 1632-(2,6-Difluor-phenyl)-1-(3,5-dimethoxy-phenyl)-2-trimethylsilanyloxy-ethanon [rac-D30A10b]. Der AAV V folgend werden

164 6. Experimenteller Teil 13C-NMR (CDCl3): δ = 195.1 (d, J = 1.1 Hz)q, 158.1 (Ddd, J = 247 Hz, J = 10.0 Hz, J = 2.9 Hz)q, 150.2 (D

6. Experimenteller Teil 1651-(3-Methoxy-phenyl)-2-phenyl-2-trimethylsilanyloxy-ethanon [rac-D15A1b]. Der AAV V folgend werden (3-Methoxy-phenyl)-

4 2. Grundlagen gemischter Benzoine eigneten.[11] Nach mehreren Jahrzehnten, in denen es praktisch keine Neuerungen auf diesem Gebiet gab

166 6. Experimenteller Teil 13C-NMR (CDCl3): δ = 198.7q, 160.0q, 140.6q, 134.8q, 133.2, 129.9, 128.4, 118.9, 113.6, 112.0, 79.5, 55.4, 0.2. GC-MS:

6. Experimenteller Teil 1672-(4-Methoxy-phenyl)-1-phenyl-2-trimethylsilanyloxy-ethanon [rac-D1A21b]. Der AAV V folgend werden Phenyl-trimethylsil

168 6. Experimenteller Teil 13C-NMR (CDCl3): δ = 197.6q, 161.3q, 141.0q, 133.3q, 131.7, 131.6, 128.4q, 104.2, 99.9, 80.0, 55.5, 0.1. GC-MS: Rt =

6. Experimenteller Teil 169Synthese der freien, racemischen, gemischten Benzoine Im folgenden sind die analytischen Daten der freien, racemisc

170 6. Experimenteller Teil OOHCl C14H11ClO2; FW: 247.69 g mol-1 2-(2-Chlor-phenyl)-2-hydroxy-1-phenyl-ethanon [rac-D1A2]. 2-(2-Chlor-phenyl)-1-ph

6. Experimenteller Teil 171Der Rf-Wert sowie die NMR-, GC-MS- und UV/VIS-Daten entsprechen denen der Verbindung D1A6. OIOH C14H11IO2, FW: 338.14 g mol

172 6. Experimenteller Teil HPLC: (Chiralcel OD-H, Isohexan/2-Propanol 90:10, 0.5 mL min-1, 40°C) (S) 26.04 min, (R) 41.00 min. Der Rf-Wert so

6. Experimenteller Teil 173Produkt durch Umkristallisieren aus (Isohexan/Diethylether 1:1) gereinigt. Es werden farblose Nadeln erhalten. Ausbeute 304

174 6. Experimenteller Teil 2-(2-Chlor-phenyl)-2-hydroxy-1-(3,4,5-trimethoxy-phenyl)-ethanon [rac-D31A2]. Der AAV VI folgend wird 2-(2-Chlor-

6. Experimenteller Teil 1752-(2,6-Difluor-phenyl)-1-(3,5-dimethoxy-phenyl)-2-hydroxy-ethanon [rac-D30A10]. Der AAV VI folgend wird 2-(2,6-Difluor

2. Grundlagen 52.2 Chemische Methoden zur Synthese unsymmetrischer Benzoine 2.2.2 Die Kreuz-Benzoin-Kondensation Das bereits mit der ersten Veröf

176 6. Experimenteller Teil 2-(4-Cyan-phenyl)-1-(3,5-dimethoxy-phenyl)-2-hydroxy-ethanon [rac-D30A43]. Der AAV VI folgend wird 2-(4-Cyan-phenyl)-

6. Experimenteller Teil 1772-Hydroxy-2-(3-methoxy-phenyl)-1-phenyl-ethanon [rac-D1A15]. Der AAV VI folgend wird 2-(3-Methoxy-phenyl)-1-phenyl-2-trimet

178 6. Experimenteller Teil 2-Hydroxy-2-(4-methoxy-phenyl)-1-phenyl-ethanon [rac-D1A21]. Der AAV VI folgend wird 2-(4-Methoxy-phenyl)-1-phenyl-2-tr

6. Experimenteller Teil 1792-(4-Brom-phenyl)-1-(3,5-dimethoxy-phenyl)-2-hydroxy-ethanon [rac-D30A22]. Der AAV VI folgend wird 2-(4-Brom-phenyl)-1

180 6. Experimenteller Teil vermindertem Druck entfernt. Die Reinigung des Rohproduktes erfolgt mittels Säulen-chromatographie. Es wird ei

6. Experimenteller Teil 1816.3.3 Synthese von racemischen, unsymmetrischen Benzoinen durch chemisch-katalysierte Kreuz-Kupplungen Im Kapitel 6.3.3

182 6. Experimenteller Teil rac-DA22 (26 mol-%) und rac-DA30 (53 mol-%). Die Bestimmung des Umsatzes und der molaren Anteile erfolgt mittels Gas

6. Experimenteller Teil 183CHCl3 extrahiert. Die vereinigten organischen Phasen werden zunächst mit verdünnter H2SO4 und dann mit Wasser gewaschen. Na

184 6. Experimenteller Teil 6.4 Synthese von Derivaten (R)-2-(4-Brom-benzoyloxy)-2-(2-chlor-phenyl)-1-(3,5-dimethoxy-phenyl)-ethanon [(R)-38]. D30

6. Experimenteller Teil 185OH3COOCH3ClO OBr C23H18BrClO5, FW: 489.74 g mol-1 2-(2-Chlor-phenyl)-1-(3,5-dimethoxy-phenyl)-2-(2-naphthoyloxy)-ethanon

6 2. Grundlagen geführten Derivatisierungen teilweise zu Umlagerungen kam, so dass letztlich wiederum auf die Entstehung des anderen Isomers geschl

186 6. Experimenteller Teil HPLC: (Chiralcel OD-H, Isohexan/2-Propanol 90:10, 0.5 mL min-1, 40°C) (S) 21.26 min, (R) 32.41 min. Elementar-An

6. Experimenteller Teil 1876.5 Analytische Daten zu den Röntgen-Kristallstrukturanalysen Im Folgenden sind die Daten zu den am KEKULÉ Institu

188 6. Experimenteller Teil Absorption correction Empirical from multiple refl. Max. and min. transmission 0.17426 and 0.13428 Refinement met

6. Experimenteller Teil 189Kristallstruktur-Daten der Verbindung rac-D30A2 Empirical formula C16H15ClO4 Formula weight 306.73 Temperature

190 6. Experimenteller Teil Data / restraints / parameters 2462 / 1 / 193 Goodness-of-fit on F2 1.057 Final R indices [I> 2sigma(I)] R1 =

6. Experimenteller Teil 191Kristallstruktur-Daten der Verbindung D30A10 Empirical formula C16H14F2O4 Formula weight 308.27 Temperature

192 6. Experimenteller Teil Data / restraints / parameters 2477 / 1 / 202 Goodness-of-fit on F2 1.083 Final R indices [I> 2sigma(I)] R1

6. Experimenteller Teil 193Kristallstruktur-Daten der Verbindung (R)-38 Empirical formula C23H18BrClO5 Formula weight 489.73 Temperature

194 6. Experimenteller Teil Refinement method Full-matrix least-squares on F2 Data / restraints / parameters 7589 / 3 / 529 Goodness-of-fit

6. Experimenteller Teil 195C(11) 3540(4) 5661(4) 9276(3) 22(1) C(12) 2016(5) 5981(4)

2. Grundlagen 7Demnach reagieren Benzaldehyd-Derivate, deren Carbonyl-Funktion ein stark negatives Reduktionspotential und damit eine hohe Elek

196 6. Experimenteller Teil 6.6 Ausgewählte Spektren 6.6.1 CD- und UV/VIS-Spektren CD- und UV/VIS-Spektren von unsymmetrischen (R)-Benzoinen 200 22

6. Experimenteller Teil 197200 220 240 260 280 300 320 340 360 380 400-15-10-505Mol. CDWellenlänge [nm] 200 220 240 260 280 300 320 340 360 380 4000.0

198 6. Experimenteller Teil 200 220 240 260 280 300 320 340 360 380 400-25-20-15-10-505101520Mol. CDWellenlänge [nm] 200 220 240 260 280 300 320 34

6. Experimenteller Teil 199200 220 240 260 280 300 320 340 360 380 400-20-15-10-505101520Mol. CDWellenlänge [nm] 200 220 240 260 280 300 320 340 360 3

200 6. Experimenteller Teil 200 220 240 260 280 300 320 340 360 380 400-8-6-4-20246810Mol. CDWellenlänge [nm] 200 220 240 260 280 300 320 340 360 3

6. Experimenteller Teil 201CD- und UV/VIS-Spektren von unsymmetrischen (S)-Benzoinen 200 220 240 260 280 300 320 340 360 380 400-505101520Mol. CDWelle

202 6. Experimenteller Teil CD- und UV/VIS-Spektren von symmetrischen (R)-Benzoinen 200 220 240 260 280 300 320 340 360 380 400-10-505101520Mol. CD

6. Experimenteller Teil 203200 220 240 260 280 300 320 340 360 380 400-25-20-15-10-5051015Mol. CDWellenlänge [nm] 200 220 240 260 280 300 320 340 360

204 6. Experimenteller Teil 200 220 240 260 280 300 320 340 360 380 400-20-15-10-50510Mol. CDWellenlänge [nm] 200 220 240 260 280 300 320 340 360 3

6. Experimenteller Teil 205CD- und UV/VIS-Spektren von (R)-Benzoin-Derivaten 200 220 240 260 280 300 320 340 360 380 400-25-20-15-10-5051015202530Mol.

8 2. Grundlagen einem aromatischen und einem aliphatischen Aldehyd sind bereits mehrfach beschrieben worden.[32] NNMeHONNMeHOHMeI, DMFNNMe

206 6. Experimenteller Teil 6.6.2 NMR-Spektren NMR-Spektren des Substanzgemisches der Umsetzung der Aldehyde 30 und 45 mit BAL 1H-NMR-Spektrum (300

6. Experimenteller Teil 2071H-NMR-Spektrum (300 MHz, CDCl3) nach Deuterium-Austausch 1.59012.69041.43840.79363.37491.00000.24302.44655.55897.55987.

208 6. Experimenteller Teil 13C-NMR-Spektrum (75 MHz, CDCl3) 202.4849161.1073161.0568152.8277152.6154142.7184140.2112136.8246136.6325134.8533134.

6. Experimenteller Teil 209DEPT-Spektrum (75 MHz, CDCl3) 136.8348136.6326130.5569130.0009127.2309126.1391125.1585124.2284104.5758103.6660100.087399.85

210 6. Experimenteller Teil

7. Literaturverzeichnis und Anmerkungen 2117. Literaturverzeichnis und Anmerkungen 1 a) A. M. Rouhi, Chiral Business; Fine Chemicals Compan

212 7. Literaturverzeichnis und Anmerkungen Nucleophile Acylierung von Aldehyden und Ketonen unter anionischer 1,4-O,O-Silylgruppenwanderu

7. Literaturverzeichnis und Anmerkungen 213 19 a) J. Konishi, H. Ohta, G.-i. Tsuchihashi, Asymmetric Reduction of Benzil to Benzoin Cata

214 7. Literaturverzeichnis und Anmerkungen 29 Die die Benzoin-Kondensation katalysierenden fünfgliedrigen, heterocyclischen, organischen Salze re

7. Literaturverzeichnis und Anmerkungen 215 Y. Miyamoto, N. Oguni, Asymmetric Carbon-Carbon Bond Formation Reactions Catalyzed by Chiral Schiff Base-T

2. Grundlagen 9stellen diese Methoden die am eingehensten untersuchte Gruppe von Synthese-Verfahren dar.[12,13,14] Insbesondere die Method

216 7. Literaturverzeichnis und Anmerkungen 47 a) R. Wilcocks, O. P. Ward, S. Collins, N. J. Dewdney, Y. Hong, E. Prosen, Acyloin

7. Literaturverzeichnis und Anmerkungen 217 55 a) Y. Aoyagi, N. Agata, N. Shibata, M. Horiguchi, R. M. Williams, Lipase TL®-Mediated Kinetic Resolutio

218 7. Literaturverzeichnis und Anmerkungen 61 Eine Übersicht über die enzymatische Acyloin-Kondensation mittels ThDP-abhängiger Enzyme

7. Literaturverzeichnis und Anmerkungen 219 71 A. Nitsche, Enzymkatalysierte Synthese chiraler unsymmetrischer Benzoine, Diplomarbeit, Fachhochs

220 7. Literaturverzeichnis und Anmerkungen Determination of the Absolute Configuration of Chiral Alcohols by 1H NMR, J. Org. Chem. 1996, 61, 8569

7. Literaturverzeichnis und Anmerkungen 221 1358; b) W. R. Crowell, D. M. Coulson, Polarography of Carbonyl Compounds; IV. Multiple Derivatives of Ben

222 7. Literaturverzeichnis und Anmerkungen Catalyzed by Thiazolium Salt; Formation of 1-Hydroxy 2-Ones from Formaldehyde and Other Ad

10 2. Grundlagen Reaktion von Cyanhydrinen mit Grignard-Reagenzien Wegen der problematischen Darstellung und der hohen Empfindlichkeit von

2. Grundlagen 11OCNR1R1OR1OHR2R1R2HO CNH OHTi(III)OTi(IV)CNHR1OHCNOHR2Ti(III), HK2CO3, t-BuOHAcyl-Radikal-EquivalentAusbeute: 22-50 % Abb. 2-9: Synthe

12 2. Grundlagen Eine Synthese, deren Nachteil ebenfalls darin besteht, dass kommerziell nicht-erhältliche Substrate eingesetzt werden

2. Grundlagen 13Benzoinen eingehend untersucht. Eine große Anzahl Benzoyl-geschützter, racemischer, gemischter Benzoin-Derivate konnte so m

14 2. Grundlagen durch Enzymaktivitäten des Organismus verursacht, die eine Epimerisierung zu den ent-sprechenden (R)-Benzoinen sowie

2. Grundlagen 15Konstitutionsisomere anfallen (Abb. 2-14).[19a,b] Die Transformationen mit X. oryzae liefern das Produkt allerdings mit einem deutl

Angefertigt mit Genehmigung der Mathematisch-Naturwissenschaftlichen Fakultät der Rheinischen Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn Diese Dissertati

16 2. Grundlagen RORROHOH2Enzymatische Umsetzungmit BFD oder BALund ThDP als Cokatalysator(R)-Benzoin Abb. 2-15: Asymmetrische, enzymatische Sy

2. Grundlagen 17Der Mechanismus dieser C-C-Bindungsknüpfung, welcher für BFD gesichert ist und für BAL postuliert wird, entspricht dem der durch

18 2. Grundlagen Eine Racematspaltung durch C-C-Bindungsspaltung ist mit Hilfe von Benzaldehyd-lyase möglich,[50] da das Enzym bezüglich (R

2. Grundlagen 19Die Deracemisierung von racemischen Verbindungen als effiziente Alternative zur Racemat-spaltung bezüglich der Ausbeute und dem präpar

20 2. Grundlagen Die biologische Aktivität der Verbindungen ist nachgewiesenen. Die Verwendung zur großtechnischen Herstellung eines pharm

3. Spezieller Teil 213. Spezieller Teil 3.1 Einführung Wie in Kapitel 2.2.2 beschrieben, kann bei der Cyanid-katalysierten Kreuz-Benzoin-Kond

22 3. Spezieller Teil bekannt, dass bei der fermentativen Umsetzung von Benzaldehyd und Pyruvat mit Bäckerhefe ausschließlich das (R)-Phenyl-acetyl

3. Spezieller Teil 23ortho-substituierten Benzaldehyden 2-Chlorbenzaldehyd (2), 2-Methylbenzaldehyd (3) und 2-Methoxybenzaldehyd (4) beobachtet (Abb.

24 3. Spezieller Teil Benzaldehyd (1) geht sowohl als Donor als auch als Akzeptor in diese Reaktion ein. Die ortho-substituierten Ben

3. Spezieller Teil 25HOROHOHOOHOROHOROHORR+potentieller selektiverAkzeptor12-12DA1D1A2-12DA2-12D2-12A1ThDP-abhängiges Enzym,KPi-Puffer (pH = 7.0, 50 m

26 3. Spezieller Teil Benzoin-Verteilung[73] Akzeptor Enzym Umsatz [%][73] D1A2-12 + D2-12A1 [%] DA1 [%] DA2-12 [%] Reaktions- Zeit[74] [h] BFD H2

3. Spezieller Teil 27aufgrund der Oxidation des Benzoins im Injektor des Analyse-Gerätes auch der Peak des entsprechenden Benzils gefunden

28 3. Spezieller Teil Benzaldehyd (1) reagiert sowohl bei den mit BAL als auch bei den mit BFD H281A durchgeführten enzymatischen Synt

3. Spezieller Teil 29Brombenzaldehyd (5), die für die BFD-Mutante selektive Akzeptoren darstellen, werden von BAL unselektiv umgesetzt. Dies ist plaus

30 3. Spezieller Teil Screening Verwendung fanden, 2-Chlorbenzaldehyd (2) mit strukturell und elektronisch unterschiedlichen aromatischen A

3. Spezieller Teil 31Screening nicht nur aufgrund der Substratkombinationen keine Aktivität zeigen, werden verschiedene Ansätze zwischen 2

32 3. Spezieller Teil als Akzeptoren umgesetzt, wie die Entstehung der symmetrischen Produkte DA8 und DA15-17 zusätzlich zu den Produkten D8A2

3. Spezieller Teil 33Es werden keine symmetrischen Kupplungsprodukte wohl aber die Kreuzkupplungsprodukte D18A2 und D19A2 erhalten. 3-Cyanbenzaldehyd

34 3. Spezieller Teil substituierten Aldehyde 3-5 und auch 2-Chlorbenzaldehyd (2) bereits beim vorhergehenden Screening unselektiv reagierten. Ebe

3. Spezieller Teil 35BFD H281A 53 94 6 < 1 48 2,3-CH2O2 28 BAL 94 75 12 13 24 BFD H281A 8 78 22 < 1 96 3,4-CH2O2 29 BAL 98 83 17

Die vorliegende Arbeit wurde in der Zeit von Januar 2001 bis März 2004 am Institut für Biotechnologie der Forschungszentrum Jülich Gm

36 3. Spezieller Teil 2,2’-Dichlorbenzoin (DA2). Die Aldehyde 12 und 29-31 reagieren also als selektive Donoren. Besonders interessant ist dies

3. Spezieller Teil 37Aldehyden 34 und 35 werden unter den gegebenen Bedingungen selektiv die Kreuzkupplungsprodukte D34A2 bzw. D35A2, allerd

38 3. Spezieller Teil Zusammenfassend lässt sich aus den beschriebenen Ergebnissen ableiten, dass BFD H281A mono-substituierte Benzaldehyd-Derivat

3. Spezieller Teil 39OHOR1R2HOR2+selektiverAkzeptor5, 6, 10-12HOR118, 22, 24, 29, 30, 31selektiverDonorD22A6, D24A5-6, D29A5-6, D30A5-6, D31A5-6,D18A1

40 3. Spezieller Teil Benzoin-Verteilung[73] Donor Akzeptor Umsatz [%][73] DXAY + DYAX [%] Donor- Dimer [%] Akzeptor- Dimer [%] Reaktions- Zeit[74

3. Spezieller Teil 41Reaktionen mit 2-Chlorbenzaldehyd (2) als selektivem Akzeptor ist die Donor-Selektivität der Aldehyde 29, 30 und 31 jedoch reduzi

42 3. Spezieller Teil auch nicht mit 100 %-iger Selektivität werden die unsymmetrischen Benzoine D30A10, D22A11, D29A11 und D30A11 erhalte

3. Spezieller Teil 43Insgesamt kann aus den gewonnenen Daten abgeleitet werden, dass Aldehyde ein generelles Verhalten entweder als Donor oder als Akz

44 3. Spezieller Teil 3.3 Asymmetrische Synthese unsymmetrischer Benzoine im präparativen Maßstab Mit Hilfe der im Kapitel 3.2 beschriebenen

3. Spezieller Teil 45Unsymmetrisches (R)-Benzoin Bezeichnung Enzym Umsatza [%] Selektivitätb [%] ee [%] Drehwert [α]D25 (CHCl3)c OClOH D1A2 BFD H281A

Chem. V. Lorbach, Herrn M. Reimann und Herrn K. Wertz für die gute Arbeitsatmosphäre und so mache Hilfestellung. - Herrn Dr. M. Nieg

46 3. Spezieller Teil Mit Ausnahme der Verbindungen (R)-2’-Chlor-3-cyan-benzoin (D18A2) und (R)-4-Brom-2’,3’,5’-trifluor-benzoin (D22A11)

3. Spezieller Teil 47Benzoine als Standard verwendet werden. Auch bei der NMR-Analyse sind die racemischen Verbindungen von Bedeutung. Durch Vergl

48 3. Spezieller Teil Für alle im präparativen Maßstab synthetisierten Verbindungen (Ausnahme: D22A12, D29A12; siehe oben) wird mittels der

3. Spezieller Teil 49Einen definitiven Beweis dafür, dass die mit Hilfe des Donor/Akzeptor-Konzeptes postulierten Konstitutionen der unsymmet

50 3. Spezieller Teil UV-Spektren von (R)-4,4’-Dibrom-benzoin (DA22), (R)-4-Brom-2’-chlor-benzoin (D22A2) und (R)-4-Brom-2’,3’,4’,5’,6’-pentaf

3. Spezieller Teil 51Position auf den Elektronen-Übergang aus. Eine Aussage bezüglich der Konstitution kann deshalb nur nach exaktem Abgleic

52 3. Spezieller Teil Enzym-Aktivität auswirken, wird die Gesamt-Aktivität für einige der präparativ dargestellten Produkte mit Hilfe von HPLC-Mess

3. Spezieller Teil 53geeigneter UV- oder Farb-Assays zur Bestimmung der hier untersuchten Ligase-Aktivität bislang unbekannt ist. 3.4 Bestimm

54 3. Spezieller Teil katalysiert durch einen (R,R)-konfigurierten Ti-Tartrat-Katalysator, dargestellt. Das geschützte Cyanhydrin (R)-2a wird

3. Spezieller Teil 55einem Gemisch von Wasser und Ethanol (1:1) werden zur Analyse geeignete Kristalle erhalten (Abb. 3-19). Durch Umkrist

Für Sabine, Mona und meine Eltern

56 3. Spezieller Teil Bei dieser Meßmethode wird die Differenz der molaren Absorptionskoeffizienten für links und rechts zirkular polar

3. Spezieller Teil 57Neben den Spektren der freien (R)-Benzoine weisen auch die CD-Kurven der beiden Derivate (R)-38 und (R)-39 die gleiche Abfolge vo

58 3. Spezieller Teil Gründen als sicher gelten: 1) Alle im Zusammenhang mit dieser Arbeit erhaltenen Röntgen-Kristallstrukturanalysen von unsymm

3. Spezieller Teil 593.5 Synthese von unsymmetrischen (S)-Benzoinen Zur Synthese von symmetrischen (S)-Benzoinen wurde bereits mit Erfolg die

60 3. Spezieller Teil Die ersten Untersuchungen zur Racematspaltung werden mit 4-Brom-2’-chlor-benzoin (rac-D22A2) durchgeführt (Abb. 3-2

3. Spezieller Teil 61In Tabelle 3-9 und Abbildung 3-26 sind die Reaktionszeiten und die erzielten Enantiomeren-überschüsse aufgeführt. Da Acetaldehyd

62 3. Spezieller Teil die HPLC-Analyse den vollständigen Umsatz des (R)-Benzoins an (ee > 99 %), so dass das Reaktionsgemisch durch Extraktion

3. Spezieller Teil 63einen ist eine Inhibierung des Enzyms durch das (S)-Benzoin möglich. Zum anderen kann vermutet werden, dass die ber

64 3. Spezieller Teil Abb. 3-29: HPLC-Spektren zur Racematspaltung von rac-D30A2: A vor Zugabe des Enzyms; B nach vollständiger Umsetzung (

3. Spezieller Teil 65Nach 10 h wird nochmals Acetaldehyd (5 mmol, 10 Äquiv.) und nach 27 h nochmals BAL-Lyophylisat (30 mg, 52.5 U) zugegeben (Abb

66 3. Spezieller Teil literaturbeschriebenen Donor/Akzeptor-Verhalten aromatischer Aldehyde bei der Cyanid-katalysierten Kreuz-Benzoin-Konden

3. Spezieller Teil 67Die als selektive Akzeptoren identifizierten, ortho-substituierten Benzaldehyde 2-Chlor-benzaldehyd (2), 2-Methylbenzaldeh

68 3. Spezieller Teil Reaktionsmedium: KPi-Puffer (c = 50 mM, pH = 7.0), MgCl2 (c = 2.0 mM), ThDP (c = 0.1 mM), DMSO (20 % (v/v)),

3. Spezieller Teil 69Bei der Umsetzung von Benzaldehyd (1, ε½ = -1.400 V) und 3-Methoxybenzaldehyd (15, ε½ = -1.350 V) in Gegenwart von

70 3. Spezieller Teil einem deprotonierten Molekül ThDP und einem Molekül 21 gebildete aktivierte Aldehyd (Acyl-Anion-Äquivalent) reagie

3. Spezieller Teil 7175.69 ppm bzw. 75.58 ppm den Verbindungen DA22 und D30A22 zuzuordnen sind. Die leichte Hochfeld-Verschiebung der Carbin

72 3. Spezieller Teil Ar2HOAr1Ar2OAr1HOAr2Ar2OAr1Ar1OAr2Ar1O+I III II IVXYNSOHICNoder43OH OH

3. Spezieller Teil 73Zusätzlich zu den vorhergehend beschriebenen enzymatischen Reaktionen werden die gleichen Substrat-Kombinationen (1/15,

74 3. Spezieller Teil Methoxy-benzoin (rac-D1A15) und 3-Methoxy-benzoin (rac-D15A1) machen laut GC-Analyse zusammen 32 % des Benzoin-Ge

3. Spezieller Teil 75der symmetrischen Produkte 4,4’-Dibrom-benzoin (rac-DA22) und 3,3’,5,5’-Tetramethoxy-benzoin (rac-DA30) in großen Mengen lä

Publikationen aus dieser Arbeit P. Dünkelmann, D. Kolter-Jung, A. Nitsche, A. S. Demir, P. Siegert, B. Lingen, M. Baumann, M. Pohl, M. Müller

76 3. Spezieller Teil Kreuzkupplung nicht oder nur in geringen Mengen gebildet werden, durch alternative Synthesestrategien möglich sein.

3. Spezieller Teil 77energetisch (kinetisch oder thermodynamisch) stabileren Produkte rac-D22A2 bzw. rac-D30A2 (Abb. 3-39). OOH ClOCH3H3COra

78 3. Spezieller Teil Auf den erhaltenen Ergebnissen aufbauend wird der Versuch unternommen, unsymmetrische Benzoine gezielt durch Ausnutzung d

3. Spezieller Teil 79Reaktionen von 44 mit den Aldehyden 24 und 31 macht das symmetrische (R)-4,4’-Dicyan-benzoin (DA44) fast 10 % der gebildete

80 3. Spezieller Teil Es ist daher anzunehmen, dass als unsymmetrische Produkte selektiv die Verbindungen (R)-4’-Cyan-benzoin (D1A44), (R)-4-Brom

3. Spezieller Teil 81B C Bislang haben die durchgeführten Untersuchungen ergeben, dass bei den Enzym-katalysierten Reaktionen immer die energetisch

82 3. Spezieller Teil symmetrischen Produkte DA1, DA29, DA30 und DA31 nicht. Dies lässt darauf schließen, dass der Aldehyd 45 selektiv als

3. Spezieller Teil 83HOOHO+D30A4545OH30H3COOCH3H3COOCH3BAL,KPi-Puffer, ThDP, Mg2+,20% DMSO, 30°CCHOCHOirreversible (?)Folge-ReaktionZwei nicht identif

84 3. Spezieller Teil Effekte im Active site hindeuten. Die beiden Enzyme weichen allerdings bezüglich ihrer Protein-Sequenz stark von

3. Spezieller Teil 85Reaktionen, die mit 4-Cyanbenzaldehyd (44, ε½ = -1.100 V) als potentiellem Akzeptor durchgeführt werden. Ursächlich da